随着AMR、AGV、巡检机器人、配送机器人、清洁机器人、仓储机器人以及特种移动机器人快速发展,锂离子电池已经成为移动机器人最常见的动力电源之一。
与普通消费电子产品不同,移动机器人需要在有限的安装空间内同时满足续航、功率、重量、循环寿命、快速充电、频繁启停和自动补能等要求。因此,移动机器人用锂离子电池和电池组并不是简单地将电芯进行串并联,而是需要结合机器人运动工况、控制系统和使用环境进行系统化设计。
对于企业采购而言,选择移动机器人电池时,重点应关注电压、容量、峰值功率、放电倍率、BMS、通信协议、结构尺寸、热管理以及自动充电等参数。
移动机器人用锂离子电池,是专门为具有自主或半自主移动能力的机器人提供动力的电池系统。
按照应用类型,可以包括:
AGV自动导引车电池;
AMR自主移动机器人电池;
RGV电池;
无人叉车电池;
仓储机器人电池;
物流配送机器人电池;
巡检机器人电池;
清洁机器人电池;
医疗配送机器人电池;
特种移动机器人电池;
室外无人移动平台电池。
从产品结构来看,一个完整的移动机器人电池组通常包括:
锂离子电芯 + 电池连接结构 + BMS + 保护器件 + 结构件 + 连接器 + 线束 + 必要的热管理系统。
因此,“电芯”和“电池组”是两个不同概念。
移动机器人通常需要在较小的空间内获得足够的能量和功率,因此锂离子电池具有较好的适用性。
在相同能量需求下,合理设计的锂电池PACK可以减少电源系统占用空间,有利于机器人小型化。
AGV、AMR等设备可能每天运行多个工作循环,对电池循环寿命提出较高要求。
移动机器人可以根据SOC状态自动返回充电位置,实现无人化运行。
移动机器人启动、加速、转向和爬坡时需要瞬时动力,电池需要具备一定的持续和峰值放电能力。
通过BMS可以实时获取电池电压、电流、温度、SOC和故障状态,并通过CAN等通信方式与机器人控制系统连接。
移动机器人电池常见电压平台包括:
24V;
36V;
48V;
60V;
72V;
96V;
144V及更高电压。
具体选择不能只看机器人名称,而应根据驱动电机和控制器确定。
例如,小型移动机器人可能采用24V或48V系统,而较大功率的AMR、AGV和无人搬运车辆可能采用48V、72V或96V系统。
电压越高,在相同输出功率下所需电流越低。
计算公式:
I=P÷U
例如机器人需要输出4.8kW:
48V系统:
4800÷48=100A
96V系统:
4800÷96=50A
理论上,96V系统在相同功率下所需电流约为48V系统的一半。
但提高电压后,高压绝缘、连接器、接触器、BMS以及安全防护要求也会相应提高。
移动机器人电池容量主要取决于能量需求。
基本公式:
电池额定能量Wh = 标称电压V × 额定容量Ah
例如:
48V 100Ah
额定能量:
48×100=4800Wh=4.8kWh
如果机器人平均功耗为1.2kW:
理论运行时间:
4.8÷1.2=4小时
但实际运行时间不能直接按照4小时计算,还需要考虑:
电池可用SOC范围;
BMS保护;
电机效率;
驱动系统效率;
DC/DC损耗;
传感器功耗;
计算平台功耗;
环境温度;
载荷变化。
因此,实际续航一般需要通过整机测试进一步验证。
不是。
容量越大通常意味着:
电池重量增加;
电池体积增加;
成本增加;
充电时间增加;
对机器人底盘承载能力提出更高要求。
移动机器人电池选型需要在:
续航、重量、尺寸、功率和成本
之间寻找平衡。
例如一台AMR只需要运行4小时,如果通过任务调度和自动回充就可以满足全天运行,那么没有必要单纯为了追求长续航而把电池容量做到非常大。
对于移动机器人而言:
“持续工作能力”不一定等于“单次续航时间最大”。
自动充电、自动换电同样是能源系统设计的重要组成部分。
移动机器人并不是始终保持相同功率。
典型运行过程可能包括:
启动 → 加速 → 匀速 → 减速 → 停车 → 转向 → 再启动
启动和加速过程中,电机可能需要较高瞬时电流。
因此电池选型至少要确认:
平均功率;
最大持续功率;
峰值功率;
峰值持续时间;
最大持续放电电流;
峰值放电电流。
例如一台机器人平均功率只有2kW,但启动峰值达到8kW,那么仅按照2kW选择电池可能导致启动瞬间出现电压下降甚至保护。
BMS是移动机器人电池组的重要组成部分。
基本功能包括:
实时监控各电芯电压,发现异常单体。
判断电池组整体电压状态。
获取充放电电流,为SOC计算和过流保护提供基础。
监控电芯和模组温度。
向机器人控制系统提供剩余电量信息。
用于评估电池健康状态。
包括:
过充;
过放;
过流;
短路;
过温;
低温等。
对于移动机器人来说,BMS不仅是“保护板”,还是机器人能源管理系统的重要数据来源。
对于AGV、AMR等智能移动设备,电池与主控制器之间通常需要进行数据通信。
CAN通信是工业移动设备中常见的方案之一。
电池可以向机器人控制器提供:
SOC;
SOH;
总电压;
总电流;
单体最高电压;
单体最低电压;
最高温度;
最低温度;
故障代码;
允许充电电流;
允许放电电流。
机器人控制系统则可以根据这些数据执行:
继续运行、降功率、停止运行、返回充电站、报警等动作。
因此,移动机器人电池项目在开发初期就应该确定BMS通信协议。
自动充电是AMR、AGV实现长时间无人化运行的重要技术。
典型流程是:
机器人执行任务 → SOC下降 → 系统判断电量不足 → 自动前往充电位置 → 自动对接 → BMS与充电机通信 → 开始充电 → 达到目标SOC → 停止充电 → 返回任务。
这种模式对电池系统提出了新的要求。
电池需要能够提供:
实时SOC;
允许充电电流;
允许充电电压;
电池温度;
故障状态。
因此,移动机器人电池与普通可拆卸锂电池相比,对BMS通信和充电控制的要求更高。
需要根据使用模式确定。
适合:
工作间歇时间较短;
需要快速补能;
电池不方便人工更换;
自动充电基础设施完善。
例如:
运行50分钟 → 自动充电20分钟 → 继续运行。
适合:
24小时连续运行;
对停机时间非常敏感;
电池模块方便拆装;
企业拥有集中充电区。
换电可以将:
机器人运行时间
与:
电池充电时间
分离。
对于大型仓储和物流系统,这种方式具有一定应用价值。
常见技术路线包括磷酸铁锂和三元锂等。
主要特点:
热稳定性较好;
循环寿命较长;
适合高频充放电;
工业动力应用较广。
适合部分:
AGV;
AMR;
无人叉车;
工业运输机器人。
主要特点:
能量密度较高;
在重量受限的场景具有一定优势;
可以满足部分高能量密度移动平台需求。
因此:
电芯体系没有绝对的优劣,需要根据机器人重量、空间、功率、温度和寿命要求选择。
对于冷库AMR、低温仓储机器人以及户外移动机器人,低温性能非常重要。
低温环境可能造成:
内阻增加;
可用容量下降;
放电能力下降;
充电能力下降;
电压下降速度加快。
特别需要注意:
低温放电与低温充电不是同一个问题。
很多锂电池可以在较低温度下进行放电,但低温充电可能需要增加限制条件。
因此低温移动机器人电池可以设计:
低温电芯;
电池加热系统;
温度传感器;
加热控制;
低温充电保护。
例如冷库环境为-20℃,与-30℃、-40℃环境对应的电池方案并不完全相同。
高温环境同样会影响电池寿命和安全性。
如果移动机器人长期运行于:
高温仓库;
户外;
工厂生产区域;
矿山;
发热设备附近;
则需要关注电池温升。
可以通过:
优化电芯布局;
增加散热通道;
导热结构;
风冷;
液冷;
温度监控;
高温降额;
等方式进行热管理。
具体方案需要根据电池容量和功率进行设计。
移动机器人的电池仓通常不是统一标准尺寸。
即使两台机器人都使用48V电池,其PACK也可能完全不同。
需要定制的内容包括:
电压;
容量;
尺寸;
重量;
接口;
BMS;
通信协议;
安装方式;
防护等级;
充电方式。
例如一台AMR的电池仓可能只有:
400mm×200mm×100mm
另一台设备可能要求:
600mm×300mm×150mm
两者即使都需要48V 100Ah,也需要重新设计PACK结构。
移动机器人长期移动,因此PACK结构需要考虑机械可靠性。
避免长期振动造成电芯位移。
保证模组与壳体之间连接可靠。
减少连接松动和局部发热。
避免线束长期摩擦。
适应频繁插拔和移动环境。
根据室内、户外、粉尘、潮湿等环境确定防护方案。
需要考虑故障排查、电池更换和维护便利性。
防护等级需要根据机器人实际工作环境确定。
室内洁净仓库和户外物流环境,对电池结构的要求不同。
例如户外移动机器人可能面对:
雨水;
泥水;
粉尘;
湿气;
温差。
因此需要根据实际工况确定合适的IP防护等级。
需要注意:
IP等级主要反映防尘、防水能力,并不能代替电池整体安全设计。
防护等级越高也不意味着所有场景都一定更合适,还需要综合考虑散热、维护和成本。
可以建立一个简单的工程计算模型。
假设:
电池:48V 100Ah
额定能量:
48×100=4.8kWh
机器人平均功耗:
800W
理论运行时间:
4800÷800=6小时
如果考虑系统效率、SOC使用窗口以及实际工况,可以进一步加入修正系数。
例如综合可用系数为80%:
4.8×80%=3.84kWh
实际估算:
3.84÷0.8=4.8小时
因此,企业不能直接用额定容量判断机器人一定能够运行多少小时。
很多机器人电池选型只计算驱动电机,这是不完整的。
移动机器人还可能需要为以下设备供电:
激光雷达;
摄像头;
工业电脑;
AI计算平台;
毫米波雷达;
GNSS;
5G通信模块;
Wi-Fi模块;
显示设备;
电动升降机构;
机械臂;
其他执行机构。
因此:
机器人总功耗 = 驱动系统功耗 + 控制系统功耗 + 传感器功耗 + 通信功耗 + 辅助设备功耗
对于智能移动机器人,辅助设备可能成为不可忽略的耗电部分。
企业向电池厂家询价时,可以参考以下参数:
| 参数 | 采购时需要确认 |
|---|---|
| 标称电压 | 24V/48V/72V/96V等 |
| 额定容量 | Ah |
| 额定能量 | kWh |
| 最大持续放电 | A |
| 峰值放电 | A |
| 充电倍率 | C |
| 循环寿命 | 次 |
| 工作温度 | ℃ |
| 防护等级 | IP等级 |
| BMS | 保护、SOC、SOH |
| 通信 | CAN/RS485等 |
| 充电方式 | 自动充电/插枪/换电 |
| 电池尺寸 | 长×宽×高 |
| 重量 | kg |
| 接口 | 根据机器人确定 |
| 安装方式 | 抽拉式/底置式/侧挂式等 |
参数越完整,供应商越容易快速完成方案匹配。
企业采购移动机器人锂离子电池和电池组时,建议重点考察以下能力。
供应商是否能够根据机器人实际功率、容量、温度和寿命要求选择电芯。
能否实现SOC、SOH、保护逻辑以及通信协议匹配。
能否完成结构、电气和热设计。
能否根据机器人样机进行电池匹配和实际装机测试。
机器人项目从样机到量产后,电池需求可能迅速增加,因此供应商需要具备稳定的生产和品质管理能力。
一个成熟的电池供应商需要与机器人企业的:
机械、电气、软件、自动化和采购团队
共同完成参数确认。
错误。
即使都是48V,还需要确认:
容量;
峰值电流;
BMS协议;
接口;
尺寸;
充电参数。
容量增加通常会增加续航,但同时也会增加重量,重量增加又可能提高机器人能耗。
因此需要进行系统优化。
错误。
机器人启动和加速时可能需要较高峰值电流。
现代移动机器人BMS还承担SOC计算、状态监测、故障诊断和通信等功能。
错误。
AGV、AMR的电压平台需要根据功率和整车设计确定。
移动机器人电池安全可以从几个层面进行。
关注电芯一致性和安全性能。
关注结构固定、绝缘、连接和热管理。
实现过充、过放、过流、短路和温度保护。
与机器人控制器建立安全通信。
保证充电机、电池和BMS参数匹配。
建立电池状态监测和维护机制。
因此:
移动机器人电池安全不是单一器件决定的,而是电芯、PACK、BMS、充电机和整车控制系统共同形成的。
未来移动机器人电池系统可能呈现以下几个方向。
在重量和空间受限的机器人上提高单位重量能量。
满足高频作业和快速补能需求。
从传统保护向:
SOC + SOH + 故障诊断 + 寿命预测
方向发展。
机器人自动返回充电位置成为常见能源管理方式。
对于24小时运行设备,换电系统具有较高应用价值。
随着移动机器人功率提升,部分大型移动平台可能向更高电压发展。
冷库、户外、矿山等特殊场景推动宽温度锂电池技术发展。
常见有24V、36V、48V、60V、72V、96V等,具体需要根据机器人电机和控制器确定。
没有统一容量。需要根据机器人平均功耗、工作时间、充电模式和安装空间计算。
可以。磷酸铁锂在工业移动设备中具有较广泛的应用,但最终需要根据具体工况选择。
如果机器人控制系统需要读取SOC、SOH、电压、温度和故障信息,可以采用CAN等通信方式实现数据交互。
可以。电池BMS可以与自动充电系统配合,实现自动回充。
可以。工业移动机器人电池通常需要根据电压、容量、尺寸、接口、BMS和通信协议进行定制。
理论额定能量为:
48×100=4800Wh=4.8kWh
也就是约4.8kWh。
核心不是单纯提供电芯,而是能够完成电芯选型、BMS、PACK结构、电气设计、热管理、测试和整机匹配。
移动机器人用锂离子电池和电池组,本质上是一个与机器人整机深度匹配的动力系统。
真正合理的选型流程应该是:
机器人功率 → 工作时间 → 能量需求 → 电压平台 → 电池容量 → 放电倍率 → BMS → 通信协议 → 结构尺寸 → 温度环境 → 充电方式 → 整机验证。
对于小型移动机器人,24V、36V、48V等平台较为常见;对于功率更大的AGV、AMR及无人运输设备,则可能采用72V、96V甚至更高电压系统。
企业采购时,不建议只用“多少伏、多少Ah”评价电池,而应该同时确认持续功率、峰值功率、循环寿命、工作温度、BMS通信、自动充电、安装尺寸以及实际续航。
浩博电池面向AGV、AMR、RGV、无人运输车及其他工业移动机器人提供锂电池PACK定制方案,可根据设备电压、容量、峰值功率、安装空间、通信协议及工作环境进行电池系统设计。
东莞市浩博光电科技有限公司可围绕移动机器人项目进行电芯选型、BMS配置、PACK结构设计及充放电方案匹配。实际电池型号、容量、尺寸、通信协议及环境参数,应根据具体机器人整机工况和测试结果确定。